用电爆丝方法合成碳化钨

近日，俄罗斯科学院的研究团队在本研究中，通过电爆丝（EEW）方法合成双峰钨粉，研究了EEW双峰钨粉的渗碳过程，并成功地制备了碳化钨（WC）粉末。

WC由于其不寻常和独特的物理和机械性能，一直都备受关注。WC的特点是熔点高、硬度高、断裂韧性高、摩擦系数低、化学惰性高、抗氧化和抗腐蚀能力强、导电性好。WC在工业中用于生产切割和冲压工具、采矿工具、钻探工具和耐磨应用，以及异质氧化绿色催化剂、氢进化和氧还原反应、电催化、燃料电池、石油加工等。

现在，通常使用粉末注射成型（PIM）技术生产耐磨部件、刀具、非铁合金，而这一技术要求有高度分散的WC粉末。

合成WC粉末的工艺有很多，但是所有工艺都具有一个共同点：由前驱体形成金属钨，然后进行渗碳处理。在许多情况下，WC粉末是通过与碳混合的钨粉末的直接渗碳来生产。这个过程十分耗时，而且通常需要长时间保持高的渗碳温度。

钨和碳的相互作用通常以固-固反应的方式进行，其中碳会扩散到金属颗粒中，然后是试剂的化学反应，可以形成钨半碳化物W₂C。进一步的渗碳会使得W₂C转变为WC。

与微米级颗粒的反应相比，纳米颗粒的化学反应以更高的速度进行，并在较低的温度下开始。纳米钨的特性使其能够通过直接渗碳制备WC。纳米材料有许多表面原子，使其具备高的表面活性，并表现出高反应性。

在PIM技术中，颗粒大小影响着生产过程和最终部件的性能。使用的粉末越细，零件的特性就越好。这是因为零件表面粗糙度越低，减小孔隙尺寸，会使得材料的密度更高。

然而，颗粒大小的减少也会导致粉末的物理和机械性能发生重大变化。纳米粉末具有低流动性和高氧化活性；它们以多孔结块的形式存在，相互之间和微粒子之间的混合很差。只有用几乎相同大小的脱粒颗粒才能形成相对均匀的混合物。

微粒子和纳米粒子按一定比例组成的组合（双峰材料）是比较合适的材料。在双峰材料中，纳米颗粒填补了亚微米级颗粒之间的空隙，导致材料的低孔隙率。使用双峰组合物还可以改善零件的机械性能，如微硬度和拉伸强度。同理，使用WC双峰粉末的组合物也会产生类似的效果。

现在，双峰粉末主要通过粉末混合获得，目前暂时无法进行大规模生产。生产金属、合金和陶瓷粉末的有效方法之一是EEW。这种方法用途广泛，废物少，对环境友好。EEW的主要优点是可以生产低聚集的双峰粉末。与微/纳米粉末混合物不同，所产生的粉末是均质的，不会发生分离。

近日，该研究团队通过两阶段工艺成功地制备了双峰碳化钨粉末：电爆丝合成双峰钨粉末，然后再进行渗碳反应，获得的WC粉末中的碳含量非常接近理论值。因此，二元钨粉的渗碳过程可能提供一个低成本和高效率的途径来制备各种应用的WC粉末。

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